数字逻辑电路

数字逻辑电路是计算机专业、电子信息专业、通信专业以及主要应用数字电子技术相关专业的技术基础课。数字逻辑是数字电子技术实践的基础，无论是设计集成电路器件还是制作整机设备，都必须具备逻辑设计和数字系统知识。它涉及了数字电子技术的基本原理、基本分析和设计方法，是工程实践性很强的一门学科。

为适应数字电子技术的飞速发展，本书以小规模集成电路为引导，着眼于中、大规模集成电路的内容论述和应用举例，反映了新器件、新技术的飞速发展。在内容编排和选材上，着眼于加强学生基础理论知识，培养学生分析问题和解决问题的工程实践能力，使学生能通过学习，掌握数字逻辑电路的工作原理和分析方法，对常见的小、中、大规模集成电路能进行分析、设计和应用，并初步掌握数字系统的设计方法，为研究通用或专用数字系统、超大规模集成电路系统打好必要的基础。

本书将小规模集成逻辑门电路和触发器作为数字逻辑电路中的基础器件，并在此基础上着重介绍中、大规模数字电路的各种逻辑功能部件。在讨论这些集成电路的形式和工作原理的过程中，均注意以应用为目的，强调它们的逻辑功能、外部特性、主要参数及典型应用，不详细探讨它们的制造工艺及内部结构。

在本书学习中必须注意运用组合逻辑电路的分析设计方法、时序逻辑电路的分析方法及同步时序电路的设计方法，因为它们贯穿于各种数字部件介绍的始终。而在这些方法中，逻辑代数、真值表、卡诺图、特性方程、状态表、状态图、状态方程、驱动方程、输出方程及波形图是主要的分析设计工具，应很好地掌握并灵活地应用。

数字逻辑电路是实践性很强的技术基础课，要求通过实验的手段将课程内容很好地吸收、理解和巩固，并且通过典型数字逻辑部件的介绍，学会通过查手册、根据电路引脚图及功能真值表找到和使用符合功能要求的集成芯片。

本书按照理论联系实际、循序渐进、便于教与学的原则编写。全书叙述简明，概念清楚；知识结构合理，重点突出；深入浅出，通俗易懂，图文并茂；例题、习题丰富，各章均有学习要求、概述和小结；书末附有部分习题参考答案。

本书的编写是在中国水利水电出版社的指导下完成的。全书由李中发任主编，负责全书的组织、修改和定稿工作；向阳、彭敏放、张晚英、陈洪云任副主编。参加本书编写工作的有：李中发、向阳、彭敏放、张晚英、陈洪云、方厚辉、谢胜曙、江亚群、邹津海、陈玉英、李珊珊、陈南放、邓晓、姜燕、谭阳红、黄清秀等。

限于编者水平，书中疏误之处在所难免，恳请广大读者提出宝贵意见，以便修改。

编 者

2007年4月

序
前言
第1章 数制与编码 1
学习要求 1
1.1 概述 1
1.1.1 数字信号与数字电路 1
1.1.2 数字电路的特点 2
1.1.3 数字电路的分类 3
1.2 数制 3
1.2.1 数制 3
1.2.2 数制转换 5
1.3 编码 8
1.3.1 二－十进制编码 9
1.3.2 可靠性编码 10
1.3.3 ASCⅡ码 12
小结 13
习题 13
第2章 逻辑代数 15
学习要求 15
2.1 逻辑代数的基本概念 15
2.1.1 基本逻辑运算 15
2.1.2 复合逻辑运算 18
2.1.3 逻辑函数及其相等概念 21
2.2 逻辑代数的公式、定理和规则 21
2.2.1 逻辑代数的公式和定理 21
2.2.2 逻辑代数运算的基本规则 24
2.2.3 逻辑函数的表达式 25
2.3 逻辑函数的化简 26
2.3.1 逻辑函数的最简表达式 27
2.3.2 逻辑函数的公式化简法 28
2.3.3 逻辑函数的图形化简法 29
2.3.4 含随意项的逻辑函数的化简 34
2.4 逻辑函数的表示方法及其相互转换 37
2.4.1 逻辑函数的表示方法 37
2.4.2 逻辑函数表示方法的转换 40
小结 42
习题 43
第3章 门电路 47
学习要求 47
3.1 半导体元件的开关特性 47
3.1.1 二极管的开关特性 47
3.1.2 晶体管的开关特性 48
3.1.3 场效应管的开关特性 51
3.2 分立元件门电路 51
3.2.1 二极管与门 52
3.2.2 二极管或门 52
3.2.3 晶体管非门 53
3.2.4 复合门电路 55
3.3 TTL集成门电路 56
3.3.1 TTL与非门 56
3.3.2 其他功能的TTL门电路 57
3.3.3 TTL集电极开路门和三态门 59
3.3.4 TTL集成电路的主要参数 62
3.4 CMOS集成门电路 63
3.4.1 CMOS反相器 63
3.4.2 其他功能的CMOS门电路 64
3.4.3 CMOS漏极开路门、三态门和传输门 65
3.4.4 CMOS集成电路的特点 66
3.5 集成门电路的使用 67
3.5.1 集成电路使用时的注意事项 67
3.5.2 TTL电路和CMOS电路的连接 67
小结 68
习题 69
第4章 组合逻辑电路 72
学习要求 72
4.1 组合逻辑电路的特点 72
4.2 组合逻辑电路的分析 73
4.2.1 组合逻辑电路的分析步骤 73
4.2.2 组合逻辑电路分析举例 73
4.3 组合逻辑电路的设计 76
4.3.1 组合逻辑电路的设计步骤 76
4.3.2 组合逻辑电路设计举例 77
4.4 组合逻辑电路中的竞争冒险 80
4.4.1 产生竞争冒险的原因 80
4.4.2 竞争冒险的判断 81
4.4.3 消除竞争冒险的方法 83
小结 85
习题 85
第5章 常用组合逻辑部件 91
学习要求 91
5.1 加法器 91
5.1.1 半加器和全加器 91
5.1.2 加法器 93
5.1.3 加法器的应用 95
5.2 数值比较器 98
5.2.1 1位数值比较器 98
5.2.2 4位数值比较器 99
5.2.3 数值比较器的位数扩展 100
5.3 编码器 101
5.3.1 二进制编码器 101
5.3.2 二－十进制编码器 105
5.4 译码器 108
5.4.1 二进制译码器 108
5.4.2 二－十进制译码器 110
5.4.3 显示译码器 112
5.4.4 译码器的应用 115
5.5 数据选择器 117
5.5.1 4选1数据选择器 117
5.5.2 集成数据选择器 118
5.5.3 数据选择器的扩展 119
5.5.4 用数据选择器实现组合逻辑函数 120
5.6 数据分配器 125
5.6.1 1路－4路数据分配器 125
5.6.2 集成数据分配器及其应用 125
小结 126
习题 126
第6章 触发器 129
学习要求 129
6.1 基本RS触发器 129
6.1.1 概述 129
6.1.2 基本RS触发器的逻辑功能分析 130
6.1.3 基本RS触发器的逻辑功能描述 131
6.1.4 集成基本RS触发器 132
6.2 同步触发器 133
6.2.1 同步RS触发器 133
6.2.2 同步JK触发器 134
6.2.3 同步D触发器 136
6.3 主从触发器 137
6.3.1 主从RS触发器 137
6.3.2 主从JK触发器 138
6.4 边沿触发器 142
6.4.1 边沿D触发器 142
6.4.2 边沿JK触发器 143
6.5 不同类型触发器间的相互转换 145
6.5.1 触发器逻辑功能分类 145
6.5.2 不同类型触发器间的相互转换 147
小结 149
习题 149
第7章 时序逻辑电路 153
学习要求 153
7.1 时序逻辑电路的特点与分类 153
7.1.1 时序逻辑电路的特点 153
7.1.2 时序逻辑电路逻辑功能表示方法 153
7.1.3 时序逻辑电路的分类 154
7.2 时序逻辑电路的分析 155
7.2.1 同步时序逻辑电路的分析 155
7.2.2 异步时序逻辑电路的分析 160
7.3 时序逻辑电路的设计 162
7.3.1 同步时序逻辑电路的设计 162
7.3.2 异步时序逻辑电路的设计 167
小结 170
习题 170
第8章 常用时序逻辑部件 175
学习要求 175
8.1 二进制计数器 175
8.1.1 同步二进制计数器 175
8.1.2 异步二进制计数器 181
8.2 十进制计数器 185
8.2.1 同步十进制计数器 185
8.2.2 异步十进制计数器 190
8.3 集成计数器 194
8.3.1 集成二进制计数器 194
8.3.2 集成十进制计数器 198
8.4 N进制计数器 199
8.4.1 N进制计数器的构成 199
8.4.2 计数器功能的扩展 203
8.5 寄存器 207
8.5.1 基本寄存器 207
8.5.2 移位寄存器 208
8.5.3 寄存器的应用 212
8.6 顺序脉冲发生器 215
8.6.1 计数器型顺序脉冲发生器 215
8.6.2 移位型顺序脉冲发生器 216
小结 218
习题 218
第9章 半导体存储器 222
学习要求 222
9.1 只读存储器 222
9.1.1 ROM的结构 223
9.1.2 ROM的工作原理 223
9.1.3 ROM的应用 226
9.1.4 ROM容量扩展 230
9.2 随机存取存储器 232
9.2.1 RAM的结构 232
9.2.2 RAM的存储单元 234
9.2.3 RAM容量的扩展 236
小结 237
习题 238
第10章 可编程逻辑器件 241
学习要求 241
10.1 电子设计自动化概述 241
10.1.1 EDA技术发展概况 242
10.1.2 EDA技术的特征 243
10.1.3 电子系统的仿真、综合与实现 244
10.2 简单可编程逻辑器件 245
10.2.1 PLD的结构、分类和内部电路表示方法 246
10.2.2 PROM及其应用 248
10.2.3 PLA及其应用 250
10.2.4 PAL及其应用 251
10.2.5 GAL 254
10.3 高密度可编程逻辑器件 256
10.3.1 CPLD 257
10.3.2 FPGA 259
10.3.3 CPLD/FPGA的编程技术 262
10.4 PLD开发工具MAX+plusⅡ 263
10.4.1 PLD的设计过程 264
10.4.2 设计输入 265
10.4.3 设计实现 269
10.4.4 设计校验 270
10.4.5 下载编程 271
小结 272
习题 273
第11章 脉冲信号的产生与整形 276
学习要求 276
11.1 555定时器及其应用 276
11.1.1 555定时器的结构和工作原理 276
11.1.2 单稳态触发器 277
11.1.3 多谐振荡器 279
11.1.4 施密特触发器 280
11.2 由门电路构成的单稳态触发器 282
11.2.1 微分型单稳态触发器 282
11.2.2 积分型单稳态触发器 283
11.2.3 集成单稳态触发器 283
11.3 由门电路构成的多谐振荡器 285
11.3.1 RC环形多谐振荡器 285
11.3.2 CMOS多谐振荡器 286
11.3.3 石英晶体多谐振荡器 287
11.4 由门电路构成的施密特触发器 287
11.4.1 由门电路构成的施密特触发器 287
11.4.2 集成施密特触发器 288
小结 289
习题 290
第12章 模拟量与数字量的转换 293
学习要求 293
12.1 数模转换器 293
12.1.1 数模转换器的基本原理 293
12.1.2 T型电阻网络数模转换器 294
12.1.3 倒T型电阻网络数模转换器 296
12.1.4 集成数模转换器及其应用 298
12.1.5 数模转换器的主要技术指标 298
12.2 模数转换器 299
12.2.1 模数转换器的基本原理 299
12.2.2 并联比较型模数转换器 301
12.2.3 逐次逼近型模数转换器 302
12.2.4 双积分型模数转换器 304
12.2.5 集成模数转换器及其应用 306
12.2.6 模数转换器的主要技术指标 308
小结 308
习题 308
部分习题参考答案 310
参考文献 318

1. 数字逻辑基础 [管庶安 等编著]
2. 数字逻辑设计 [蔡燕娟 吴娇梅 主编]